Прыжки нематод и модель мягкого прыжка, вдохновленная биографией. Кредит: Кумар С. и соавт.
Вдохновленные движениями крошечного паразитического червя, технические инженеры Georgia создали 5-дюймовый мягкий робот, который может прыгать так же высоко, как баскетбольный обруч.
Их устройство, силиконовый стержень с позвоночником из углеродного волокна, может подняться на 10 футов высотой, даже если у него нет ног. Исследователи сделали это после просмотра высокоскоростного видео о том, как нематоды зажимают себя в странные формы, чтобы броситься вперед и назад.
Исследователи описывают мягкий робот в Научная робототехникаПолем Они сказали, что их выводы могут помочь разработать роботов, способных прыгать по различной местности, на разных высотах, в нескольких направлениях.
«Нематоды-это удивительные существа с телами, более тонкими, чем человеческие волосы»,-сказала Санни Кумар, соавтор бумаги и постдокторский исследователь в школе химической и биомолекулярной инженерии (CHBE). «У них нет ног, но могут прыгать до 20 раз.
Нематоды, также известные как круглые черви, являются одними из самых распространенных существ на земле. Они живут в окружающей среде и внутри людей, насекомых и животных. Они могут вызвать болезни в их хозяине, что иногда может быть полезным. Например, фермеры и садовники используют нематоды вместо пестицидов, чтобы убивать инвазивных насекомых и защищать растения.
Один из способов, которым они привязаны к своему хозяину, прежде чем войти в их тела, — это прыгать. Используя высокоскоростные камеры, Виктор Оретега-Хименес-бывший научный сотрудник по техническому исследованию Джорджии, который в настоящее время является преподавателем в Калифорнийском университете в Беркли,-наблюдал за созданием своих тел в различные формы, в зависимости от того, куда они хотели пойти.
Кредит: Технологический институт Грузии
Чтобы прыгнуть назад, нематоды указывают на голову, подтягивая середину своего тела, чтобы создать изгиб. Форма похожа на человека в приседании. Оттуда червь использует накопленную энергию в своей искаженной форме, чтобы продвинуться назад, заканчиваться над концом, как гимнастка, занимающаяся обратной связью.
Чтобы прыгнуть вперед, червь указывает на голову прямо и создает изгиб на противоположном конце его тела, указанный высоко в воздухе. Позиция похожа на того, что кто -то готовится к прыжкам с постоянным обширным прыжком. Но вместо того, чтобы прыгать прямо, червь катапультирует вверх.
«Изменение их центра масс позволяет этим существам контролировать, как они прыгают. Мы не знаем ни о каком другом организме в этой крошечной шкале, который может эффективно прыгать в обоих направлениях на одной высоте», — сказал Кумар.
И они делают это, несмотря на то, что они чуть не завязывали свои тела в узел.
«Кинки, как правило,-это разбиватели сделки»,-сказал Ишант Тивари, постдокторский научный сотрудник CHBE и соавтор исследования. «Измельченные кровеносные сосуды могут привести к инсультам. Измельченные соломки бесполезны. Изгибные шланги отрезают воду. Но изломым нематода энергия, которая используется для продвижения себя в воздухе».
-
Комикс, вдохновленный исследованием. Кредит: Saad Bhamla/Georgia Tech
-
Комикс, вдохновленный исследованием. Кредит: Saad Bhamla/Georgia Tech
После просмотра их видео команда создала симуляции прыжковых нематод. Затем они построили мягкие роботы, чтобы воспроизвести поведение прыгающих червей, а затем укрепляя их углеродными волокнами для ускорения прыжков.
Кумар и Тивари работают в лаборатории доцента Саада Бхамлы. Они сотрудничали в проекте с Oretega-Jimenez и исследователями в Калифорнийском университете в Риверсайде.
Группа обнаружила, что изломы позволяют нематодам хранить больше энергии с каждым прыжком. Они быстро выпускают его — в десятую миллисекунду — чтобы прыгнуть, и они достаточно жесткие, чтобы повторить процесс несколько раз.
Исследование предполагает, что инженеры могут создавать простые эластичные системы, изготовленные из углеродного волокна или других материалов, которые могли бы противостоять и эксплуатировать переход, чтобы прыгать по различной местности.
«Недавно был запущен робот для прыжков, и другие прыгающие роботы создаются, чтобы помочь с поисковыми и спасательными миссиями, где им приходится пересекать непредсказуемую местность и препятствия», — сказал Кумар.
«Наша лаборатория продолжает находить интересные способы, которыми существа используют свои уникальные тела, чтобы делать интересные вещи, а затем создавать роботов, чтобы имитировать их».
Больше информации:
Кумар С. и др., Обратимая нестабильность изгиба движет сверхбыстрые прыжки в нематоды и мягкие роботы, Научная робототехника (2025). Doi: 10.1126/scirobotics.adq3121. www.science.org/doi/10.1126/scirobotics.adq3121
Информация журнала:
Научная робототехника, предоставленная технологическим институтом Грузии
Цитирование: Инженеры создают робота, который может прыгать в высоту 10 футов — без ног (2025, 23 апреля), извлеченные 28 апреля 2025 года из этого документа, подлежат авторским праву. Помимо каких -либо справедливых сделок с целью частного исследования или исследования, никакая часть не может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только для информационных целей.
